PKM2参与肌成纤维细胞激活介导肾间质纤维化的机制研究

Renal interstitial fibrosis is a common pathological feature of end-stage renal failure across all kinds of progressive chronic kidney disease and the activation of interstitial myofibroblasts is a key mechanism. Our previous study found that metabolic re-programming of interstitial myofibroblasts is directly involved in the development of fibrosis and PKM2 (pyruvate kinase M2) is a key molecule that regulates cell energy metabolism. The purpose of this study is to investigate the mechanism of PKM2-regulated activation of myofibroblasts that mediate renal interstitial fibrosis. Based on the relationship between PKM2 and glucose metabolism during renal interstitial fibrosis, fibroblast specific knockout of PKM2 mouse will be employed to determine whether PKM2 could mediate the development of fibrosis. In vitro and in vivo experimental system will be applied to observe the allosteric regulation and nuclear expression of PKM2 during renal fibrosis. The effect of overexpression and inhibiting nuclear translocation of PKM2 on activation of myofibroblasts will be determined. The purpose of this study is to elucidate whether PKM2 is a key regulator for myofibroblasts activation and whether PKM2 may become the therapeutic target for the treatment of renal fibrosis. Our study will probably reveal the molecular mechanism of chronic progression of renal interstitial fibrosis and provide theoretical basis for novel therapeutic strategies.

肾间质纤维化是各种原因所致终末期肾功能衰竭的共同病理特征，间质肌成纤维细胞激活是其重要机制。申请人前期研究发现，间质肌成纤维细胞能量代谢重编程(Metabolic re-programming)直接参与纤维化的发生发展，其中PKM2(M2型丙酮酸激酶)是调控能量代谢的关键分子。本课题旨在研究PKM2参与的肌成纤维细胞激活介导肾间质纤维化的机制。在探讨肾间质纤维化过程中PKM2和糖代谢关系的基础上，利用已建立的成纤维细胞特异性PKM2缺失小鼠，明确PKM2是否能够介导纤维化的发生发展；结合体内外实验系统观察PKM2蛋白的构象与核内表达变化，及过表达PKM2或抑制PKM2入核对肌成纤维细胞激活的影响，明确PKM2是否是调控肌成纤维细胞激活的关键蛋白以及其是否能够成为治疗慢性肾间质纤维化的靶蛋白。通过本研究将有助于人们从分子水平认识慢性肾间质纤维化的机制，为未来设计新的治疗方案提供理论依据。

肾间质纤维化是各种原因所致终末期肾功能衰竭的共同病理特征，间质肌成纤维细胞激活是其重要机制。申请人前期研究发现，间质肌成纤维细胞能量代谢重编程(Metabolic re-programming)直接参与纤维化的发生发展，其中PKM2(M2型丙酮酸激酶)是调控能量代谢的关键分子。肾脏成纤维细胞作为间质支持细胞，维持组织结构，且在急性肾损伤小管修复中起着关键的作用，但潜在的机制还需进一步研究。在本研究中，我们观察到无论是叶酸诱导的急性肾损伤模型还是缺血再灌注诱导的急性肾损伤模型中，小鼠肾间质内存在成纤维细胞的活化增殖。同样在研究临床上急性肾损伤患者肾穿刺组织中也观察到间质里大量成纤维细胞的激活，通过对肾间质内成纤维细胞S100A4阳性细胞定量分析后发现，成纤维细胞的活化与急性肾损伤患者病情严重程度有一定联系。我们发现急性肾损伤小鼠间质内存在成纤维细胞的PKM2高表达。接着我们研究大鼠成纤维细胞系NRK 49F细胞在缺氧复氧损伤后出现乳酸增加和PKM2的表达上调，且以核内PKM2增加为主。下调PKM2后能减少NRK 49F细胞的糖酵解关键酶的表达以及细胞增殖减慢，流式鉴定细胞周期提示大量的成纤维细胞停留在G0/G1期。以上数据提示成纤维细胞PKM2介导的糖代谢重组在急性肾损伤中扮演着重要的作用。我们构建了成纤维细胞PKM2敲除的转基因小鼠，在FA-AKI以及IRI-AKI两种模型上验证了敲除小鼠表现为更重的肾损伤和组织中HGF含量减少，以及ERK表达的下降。在体外我们构建了细胞共培养体系，观察到与PKM2下调的成纤维细胞共培养的肾小管细胞在缺氧复氧损伤后，上清液HGF减少，以及细胞凋亡加重。以上结果表明成纤维细胞PKM2介导的HGF通路活化，在AKI肾小管细胞损伤中发挥重要作用。